Повышение энергоэффективности ограждающих конструкций

Энерго- и ресурсосбережение являются главными направлениями технической политики в различных отраслях производства.

На диаграмме рис. 8.1 приведены усредненные значения получаемой энергии топлива на различных технологических этапах и потери при транспортировании, генерации, коммуникации и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Анализ графика показывает, что максимальные потери наблюдаются в секторе ЖКХ. Это обстоятельство ставит задачу резкого снижения энергозатрат в первую очередь за счет максимального исключения теплопотерь при строительстве нового и эксплуатации старого жилого фонда.

Рис. 8.1. Потери полезной энергии топлива на различных технологических этапах

В энергосбережении большое значение отводится повышению теплозащиты ограждающих конструкций. Сравнение видов потребления энергии показывает, что на жилищно-коммунальное хозяйство расходуется около 117 млн. т усл.т., из которых 75 - на отопление, что составляет около 43 % общего расхода энергии.

Анализ существующего положения в строительном секторе показал, что вновь построенные жилые здания в средней полосе России расходуют на нужды отопления многоквартирных зданий от 350 до 800 кВт×ч/м². В целом по РФ расходы на отопление составляют 55 кг усл. т/м² в год и на горячее водоснабжение - 19 кг усл. т/м², т.е. суммарно 74 кг усл. т/м² в год. Для сравнения: в ФРГ расходуют 260 кВт×ч/м² в год, Швеции и Финляндии - 135 кВт×ч/м² в год. Или, если сравнивать по расходу условного топлива, то в ФРГ - 34 кг усл. т/м² в год, Швеции - 18 кг усл.т/м² в год, что в 2,0-2,5 раза превышает средние показатели по РФ.

Следует отметить, что с 1986 года нормативы по теплозащите зданий в нашей стране не менялись, в то время как западные страны за этот период времени несколько раз ужесточали требования.

На рис. 8.2 приведены сведения о динамике изменения теплопроницаемости стен на примере европейских стран. Резкий скачок в сторону энергоснабжения приходится на период энергетического кризиса 1970-1980-х годов. Начиная с этого периода ведется планомерная работа по увеличению термического сопротивления ограждающих конструкций и, как следствие, достигнуто существенное снижение энергозатрат.

Рис. 8.2. Динамика изменения сопротивления теплоотдачи для ряда европейских стран и РФ в соответствии с действующими нормами
1 - Россия; 2-Франция; 3 - Германия; 4 -Нидерланды; 5 - Великобритания; 6 -Швеция; 7 - Норвегия; 8 - Дания

Для уменьшения неоправданно большого эксплуатационного энергопотребления зданий Госстроем РФ введены новые нормативы, которые предусматривают снижение энергопотребления на 20-40 % путем увеличения до 3,5 раза сопротивления теплопередаче стеновых конструкций и снижения теплопотерь различных конструктивных элементов. Особое место в решении данной проблемы отводится не только новому строительству, но и эксплуатируемому и реконструируемому жилому фонду.

Актуальность проблемы энергосбережения повышается при реформе жилищно-коммунального хозяйства, когда уменьшается или прекращается дотация государства на содержание жилых зданий.

Снижение энергопотребления может быть решено комплексом архитектурно-планировочных приемов путем повышения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций, сверхпрозрачных элементов, совершенствования вентиляционных систем, использования отопительных систем с управляемыми тепловыми режимами и др. решениями.

Для повышения энергоэффективности зданий требуется комплексный подход, учитывающий все источники теплопотерь. Поэтому выполнение неполного цикла работ по теплоизоляции, например, только стенового ограждения, не может привести к положительным результатам. На рис. 8.3 приведены диаграммы теплопотерь через различные конструктивные элементы зданий, что подтверждает необходимость комплексного подхода в решении данной проблемы.

Рис. 8.3. Распределение теплопотерь через различные конструктивные элементы

Особенностью новых нормативных положений является то обстоятельство, что приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций следует принимать в зависимости от градусо-суток отопительного периода, но не менее R_отр,которое определяется из санитарно-гигиенических и комфортных условий R₀ ³ R_отр

Величина ГСОП (градусо-сутки отопительного периода) зависит от климатических условий местности и определяется по зависимости ГСОП = (t_в– t_от.пер)×Z_от.пер, где t_в- расчетная температура внутреннего воздуха согласно СНиП 31-01-2003 «Здания жилые многоквартирные», t_в=18 °С при расчетной температуре наружного воздуха до -30 °С, t_в = 20 °С при расчетной зимней температуре наружного воздуха от -31 °С и ниже; t_от.пер - средняя температура периода со среднесуточной температурой воздуха t £ 8 °С; Z_от.пер - продолжительность периода (в сутках) со среднесуточной температурой воздуха t £8 °С.

Требуемое сопротивление теплопередаче различных ограждающих конструкций R₀^TР при выполнении реконструктивных работ определяется в зависимости от величины ГСОП.

В новых нормативах ограничен температурный перепад для зданий различного назначения и конструктивных элементов.

При выборе конструктивной схемы ограждающих конструкций учитывается коэффициент теплотехнической однородности.

Внесены новые требования по ограничению воздухопроницаемости ограждающих конструкций.

В результате использования новых конструктивных решений оконных заполнений и балконных дверей приведенное сопротивление теплоотдаче должно находиться в определенных пределах. Выполнение комплекса нормативных требований позволит не только повысить комфортность проживания жильцов, но и обеспечить существенное снижение эксплуатационных расходов на отопление, которое, по данным Госстроя РФ, составит до 40 % нынешнего потребления.

Методика теплотехнического расчета осуществляется как для многослойных конструкций, определяется требуемая толщина теплоизоляционного слоя δ_ут при заданных теплоизоляционных свойствах материалов и конструктивных слоев где - требуемое приведенное сопротивление теплопередаче стен; r -коэффициент теплотехнической однородности; R_l,…,R_n - термическое сопротивление конструктивных слоев; λ_в, λ_н - нормируемые коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей.

Для проверки правильности принятой толщины утепленного слоя δ_ут выбирается фрагмент стены с проемом, и для него определяется приведенное сопротивление теплопередаче. Фрагмент стены разбивается на участки. Для каждого участка определяется приведенное сопротивление теплопередаче с учетом влияния включений с различными термическими сопротивлениями (перемычек, противопожарных рассечек, оконных откосов и т.п.):

Для полного фрагмента стены

где ∑F -площадь фрагмента стены за вычетом проемов; F₁, F₂,...,F_n - площади участков фрагмента стены; F₀₁, F₀₂,..., F_0n - приведенные сопротивления теплопередаче участков фрагмента стены; п - число участков.